【经验分享】STM32G431介绍

STMCU小助手 · 2022-07-06T05:35:52+00:00

一、芯片简介 % C v8 t: w. H 4 Q$ e3 n! g- z5 M! B; L% ] * S% r. S3 Q1 U" }( G) M) n. C . Y0 i% w6 t( F( O9 e9 I* C% n1.家族8 j) ]$ u O% V: s# e& G$ Y. ` STM32：32代表32位MCU，有32根地址线，可以寻找4GB的地址 J, T; o4 s4 I0 q2 s: `7 z . j# j3 u% L& U7 l0 BSTC15单片机是8位CPU，地址以16进制表示:0x_ _ ; , \. x, `- Q( T% L+ MSTM32: 0x_ _ _ _ _ _ _ _ 6 G) M) |+ M( \) g3 ^ 4 |+ ?! j* v: c2 k3 Q$ o容量为 2^32 = 4,294,967,296 ≈ 4×10^9 (其中 1GB = 10^9)+ J# B1 |% c) n( ^8 Z# a& Q2 q; Y ! C; ]# s/ O, J 2.产品类别 ( w) L2 p) b4 G" K- s* P4 @G: 支持DSP和FPU指令的可适用信号应用5 }$ x# W3 A+ u! F + ^0 ~4 h1 m+ Y0 }1 ?像正点原子的F4，F：基础型，通用型6 w G) L. p/ f+ L9 S & K3 s# J. l: h 3.特点功能 9 j- `7 {' I/ y# W* U7 Q103 : STM32基础型 / d9 ?6 S/ Z1 F6 A5 W2 G8 o6 G407：高性能，带DSP和FPU C3 ~; e- u0 [: ?9 S1 I: W+ ]! a& b431: 未知7 q4 [- f7 V" B* B, @ * s' D, N; `! c2 u4.引脚数 4 S( {8 ?$ O$ ]0 e8 w$ A' g, H, V" |, _R : 64位引脚' s; V: a4 x) e! @ t# }" @. j / s$ ]: n0 M, }) { ] 5.闪存容量, [5 W9 _: n: V( @, u- J B: 128K4 C$ m% G R* y 1 s$ C8 Z/ d0 n; _8 \6 }( J6.封装& t- C9 U F) t3 V X; ^ T：QFP封装 7 F& V' }- g3 a 1 D. x O2 e6 J" \, \1 B二、Cortex-M内核. \% M" m$ b a 整个芯片的组成) `' v0 M# o3 q) K2 {, I6 i* k. v % c: w* q, r& z; r( C % ^% q; b. l6 {# V 3 d( @( g6 V+ Z; |, P8 k# x5 |; d- \ 芯片由两大部分组成的：Cortex-M内核（ARM公司设计的部分） + 外设资源（芯片制造商设计的部分） ) T3 k0 h- F3 X4 K- B$ \6 u u) R7 `) i9 U% _% e 8 M7 w5 l( I1 N * N% R E4 [/ b$ D# b( F. |6 I. Z% X7 H Cortex-M家族有一系列的处理器，STM32F103内部使用的是Cortex-M3内核，STM32G431内部使用的是Cortex-M4内核，M4比M3多了DSP信号处理和FPU浮点运算单元8 Z$ c9 }' |! f + Q( z$ l$ f f. [* z: N+ ^ M3内核架构简化视图 . @. ]; ^0 }! \9 E9 Y: N( M7 E! [' C7 [9 S8 g; A) G ' X* P, g6 m" V- |0 _ O# l1 u# ?) ?4 r# r NVIC：向量中断控制器，负责中断控制以及中断处理事务8 I7 j$ @/ z# h2 w 5 Y" |. }- } A' ]/ t; H# l取指令单元：取指执行，通过总线将程序从程序存储器（128K闪存）取出，交给解码器( \+ m$ a) Q* c 8 Z& L# l2 `" f, c2 y解码器：指令解码 w7 Z0 j2 o$ H, y; ?8 ] Y+ z 0 Z a; z5 W3 q/ F/ T6 { ALU: 算术逻辑单元, 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算 7 ^1 k: n2 }& y2 p 8 y- s' i. ?. J, W! V8 B7 Z4 u自带追踪接口和调试系统 ( T5 M6 ?- Z# ^ 3 P4 u2 F$ A% C8 [6 q存储逻辑运算的结果放在寄存器组中 + E- l; d2 f Z# @2 d! s% E 9 y) }+ d1 |1 @) X9 _% u ! C5 L, A8 X0 k+ r' M$ T ; ?) p1 p. d9 F. Q3 o7 z9 J 想要深入学习寄存器组的作用，参考这一篇：M3/M4内核基础 1 d7 R. z. a* U" @. G9 u4 [$ b% _& ^! r# i) q. g- j% }+ I 三、芯片内部结构* R% l7 E9 ^! e4 F" O6 I) S$ F 1.外设资源 + L- t. h( w8 G/ Y/ }: y* _5 m% iSTM32G4系列控制器参考手册：查看开发板外设的资源和资源的数量 ' ^7 B% V9 w1 h2 g1 M# O+ ?( |) ?* e' d , X4 F' M1 z* X, j, S/ s# ?: M0 p! P: x2 x+ g. P 5 R( T( M4 y6 B 5 Y9 h W3 N- ?) _5 F } 0 m% w0 m/ O8 ~ & Q/ X' X8 L: r Z) @1 u * R6 n6 |* `6 {: b4 C& V % n' S4 V \9 r% O; |& G7 X6 F ( z6 e$ h+ r: P+ d/ g2.内部模块框图 1 p7 o% F/ m+ {$ |, LSTM32G431RB数据手册：查看外设所对应的时钟总线 1 j ~3 O2 D- ~6 ~" O' i/ H9 K 8 U. e! ^8 t9 T2 x: s : v8 `3 {/ M3 X5 w" V o8 sGPIO(A-G) : 挂载在AHB2时钟总线上: ]% F) U1 f) J! K* G 定时器1，8，15，16，17 ： APB2 - _( q: r" d/ @2 ?( n+ I& ^1 e7 v定时器2，3，4，I2C: APB1 / ]+ V O6 l8 ~* t& A& W- M5 Z( b# ^AHB1分为 APB1和APB2时钟总线7 ]9 e. x S) Q' x * I* M2 z% U2 i! M ; ~3 O$ T: K- s# b: ]; `2 p 9 \1 U- E! I6 e$ J+ y$ l) m7 B0 | 3.时钟树9 d& T3 }# u4 y STM32G4系列微控制器参考手册：查看时钟树 i0 ^9 J) V; `" Q 6 i3 i) C6 p: F 5 K* o) i* k0 j/ g. }. u; U0 E* ~" q3 {" D! m, |# z 时钟树： 3 C1 U" Z- `- n% U+ E3 S5 U . ?9 ?- S R! n+ {6 n# ]3 ]" u6 _ " z9 A& X l% f$ b& ^ ; _( n% }* d* v E- \! M1 LSTM32的时钟源主要有：内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟。内部时钟、外部时钟又分为告诉高速、低速时钟 3 X! F5 A! k0 y) z7 |& Y 5 `! r `6 l8 j系统时钟有三种来源：高速外部时钟(4-48Mhz)，高速内部时钟(16 Mhz), PLL锁相环倍频输出时钟 " O% Y1 ~: l5 B) i- I0 W; o; q + S# G& Z- `" @ [PLL锁相环时钟来源有两种HSE和HSI，经过倍频输出 . n8 Z1 ~, r8 V( e* r, u, c; S1 S4 \- r* }2 i3 w, ^$ T! h % I q% ^; e$ t8 `8 R% O7 x0 k 4 L0 K1 }2 a) _& g4 q ~6 g6 I0 t1 COSC_IN 和OSC_OUT对应PF0,PF1时钟输入引脚) s0 n0 i2 H+ I; o/ ]0 W \ 4 u! r$ ]7 F3 J 配置时钟：* T( ]) w V$ x& I 9 [- ]4 _$ P. D" |9 q# Z* Y, |5 E 1.在CubeMX中配置RCC选择外部时钟HSE,对应引脚起作用' h9 K& R7 i6 N( ]. d7 {+ u ) n" L9 ]% q; k4 @1 p4 ]8 R * F# c o" q9 h; a1 V m, n" _1 B ' T5 `; Q% U2 P; @1 R+ n. O2.倍频设置 g" \8 Z# ?+ ]* P4 h- c 9 @* ?! a* `* y6 E! {! E* w" E - R" C' w: ?7 y% r) d" S * ~3 y( l# {5 D5 Q' @) C1 b 将外部时钟设置为24Mhz，经过三分频变为8Mhz, 经过锁相环乘20除以2，变为80Mhz, 将系统时钟来源选择PLLCLK , 系统时钟就是80Mhz, 再一分频得到AHB总线时钟，最终得到外设时钟。 X o0 O! E& @. r3 D: G- S 5 y) k4 H+ @; J8 {0 D/ B对应代码 : D% [2 F! ~, N3 i8 B6 n' T6 o' U( U1 a ~ void SystemClock_Config(void)- [: H6 v7 \7 @ { & b1 T4 C* ^, S: V, j RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};! B+ C7 Z& B) ]0 O2 U' x8 S RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; + x6 E. H1 N3 v f' U4 E ! v( M: ^9 D. X1 a& W& P1 w /** Configure the main internal regulator output voltage0 b/ V& `; ^ k- u( |( K7 F */ ( Z0 _4 j2 N% j; e6 U0 n$ x HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1); V r% y9 o/ `) z/ N8 h8 a7 k" k% B /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters # i% ]0 _; T2 Q7 y' K6 m * in the RCC_OscInitTypeDef structure. / h; l/ B% r+ S L* B */ j- Y$ G( p1 G3 [3 D RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 选择来源% c& i! C2 r w( P! g0 q3 o RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启时钟0 Y# U$ H; n% n0 Q RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; . m" J7 U) B+ s, `( d( X2 y4 N RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; ( w. s/ I% u* Y$ J; S) m. l2 L // 倍频设置- z0 B; w4 h: t RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3; . F7 `" W- I9 U5 ~& w RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20; & ^0 C' H$ o" c RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2; 3 C# h/ u- o) S0 V$ f RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2; ! b U8 v. w2 X$ L RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;/ s" s0 ^4 g2 h) S- C6 `+ Q- Y if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK). i! b( ^( z" F" ^, L& e {3 t f% b) l E, }- E) ~3 O Error_Handler();7 b4 ]" c" S/ t. }+ \& d } / S( z# |* |; o ~+ H! E /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks6 s* t! C7 k) R* f! M, N7 D( ? */5 }( T* J7 s5 Z4 X // 由系统时钟得到对应总线的时钟 / P2 U% T0 N" [$ w, S: i# I RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK . s) H, P& x% o6 H2 R* y |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; " Q8 B0 p5 F( Y- Y RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; ( O2 q+ w' e5 q5 o7 a RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;* m/ O0 C" f g RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; 4 {+ u5 J4 s5 `6 P RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; " |8 G+ h/ T, T; u$ x. } / I; [ A% {' y if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)% _( W3 b7 M4 s7 O {$ F) w8 R& B; Q Error_Handler(); " z( J% I9 I1 [( u } * M9 u( c8 T6 G}复制代码 * d# a0 B/ H `在STM32G431内部结构中，各个模块都是通过总线相连接。Cortex-M4内核相当于心脏，最高频率可达170MHz，它通过总线AHB进行数据交换，AHB分为AHB1和AHB2，AHB1又分为APB1和APB2 # l" A1 v! G3 t) C( R! }% ]7 K% x- y/ u 3 X5 G+ F9 s7 w) ^7 n + x$ c7 f$ M/ K; H0 [7 l) H6 u+ |1 q" [' X0 A" m 4.存储空间 - [8 j* ^0 \$ Q8 Q. d查看内存映射地址：STM32G4系列微控制器参考手册( B+ S- |) k: ^5 A7 b* {7 ~2 a * D" M( r% s3 d5 ? $ r8 s V. C6 f 5 }( v m- ], w+ _: ^5 [内存映射: , p2 E Q# z7 \- s- \ \/ n+ }0 l0 R: e: a" h! o1 D, r 0 L% g! R7 D8 e9 ~0 K$ V1 h* i0 L9 q: ?; M) }8 [ 内存映射分左、右两侧, 左侧是各个资源地址的大致分化，右侧是对左侧的细化 3 F7 u+ h4 U; ^; |9 z; V0 J(1)Flash（闪存）3 D; L' T3 P* b# P; W1 P Flash：程序存储器，存储代码的地方起始地址：0x0800 0000+ x; X- l: C0 {4 c6 Z . g5 m8 L7 E5 X' p- a4 l% L% Y. y 从地址 0x0800 0000 到 0x0808 0000 ，( 8 0000 )16进制 = ( 524288 )10进制，Flash memory被分配到的空间有 524KB 大小，远大于它本身的 128KB * x0 y7 J2 Q6 p4 | 4 v9 D& c( |9 D(2)RAM! u( `6 T% R7 { RAM: 随机存储器，用于存储数据，起始地址：0x2000 0000 . s p* `6 @! D 2 N9 ]3 X O! k9 Q6 N9 c+ @7 ]( ]RAM分为：SRAM和DRAM7 F, M- {. |7 y1 f* E9 o' y& L# G # U2 ^7 v/ N7 X, | 1.SRAM：静态RAM（S指的static），静态指的不需要刷新电路，数据不会丢失，SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备 ) g+ b7 T2 r0 q( w, Q+ t& O4 s; [/ l5 K6 M7 q 2.DRAM：动态RAM（D指的dynamic），动态指的每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据，速度也比SRAM慢，不过它比任何的ROM都要快 2 ]; t6 [0 E/ ]$ _6 m ' h2 D; S1 x( w(3)外设* J z9 n- M) p, M1 h# t1 o 外设：APB1、APB2、AHB1、AHB2 起始地址：0x4000 00006 h$ {+ Q# g! b7 X 9 S9 ]* u7 ? |# H' i2 F) I小结： 9 A7 W+ `3 H* K9 ^! F- l8 h & L1 n# {0 ~/ p/ e: P外设起始地址为 0x4000 0000- Z( U& C j7 F: g1 h SRAM起始地址为 0x2000 0000 : X, _/ o! T4 k6 }! nFlash起始地址为 0x0800 0000 & H! H3 E e" p @ # Y& W: {" y0 @( l2 [/ W2 P) _详细的外设地址（在上一页的下一页）4 Y" F: W+ R0 H : K% u3 T5 k3 z ' x9 M' s( Q+ H |9 @: j$ T8 E6 T9 z! u& k% t( n可以依据蓝色字体查看外设对应寄存器分配地址* m3 O, a+ n' D' R4 k ! y% m+ I1 f& o1 m, U ) i* e g1 n/ M! c9 O+ r/ E5 S: l/ H! ] 四、BOOT启动 2 g% O/ `+ l3 ~4 M6 Z7 d1 L% GSTM32上电启动后，程序代码从最底层地址0x0000 0000 开始运行: j& }6 p" ], ?/ K. ?2 S $ _7 G$ t% T" Q9 ~3 W ' N' Q0 k* w2 `7 M0 {# S- w ! c( \6 L8 {& @3 @- B# c# ~, l7 Q前面知道代码存储在 Flash地址0x0800 0000 中，如何让 0x0000 0000 运行的是 0x0800 0000 中的代码？存储器地址重映射: 将 0x0800 0000 中的代码映射到 0x0000 0000 中 9 O! a2 h% `# T& N) O( A' I ' |0 \$ e0 j, b; q- X9 z映射还可以将SRAM, System memory 等地址映射到0X0000 0000处9 G! Q& K6 d* R " v8 Q3 D. k [7 v$ p: j. X / _( I' }* F0 P0 O2 ?, u. H 0 S( f0 }/ S+ S; ]1 ?9 o2 z* @映射方式的选择由BOOT1,BOOT0决定 2 j! ~9 ]0 V; o. [) U2 c! ^7 s" m: Y, u# V! Z/ U6 _ 4 `* a! e: e5 l 1 v9 v! m8 N; Q& z* @STM32G431由于BOOT0接地，所以采用的是从flash启动 & r+ c: [$ q+ q( \! w 2 Y+ {6 f' u0 |3 Z E4 H % o9 i+ k% H' ? ; u/ {( w4 \; U: F. l* q( c- h8 P所以，单片机程序执行顺序8 r- E6 b: U, c ) n( ]/ j" U$ R+ H; p # C w: B9 R. ?# a) n' ^) Y # W/ d% R: n( ^" K/ U6 k3 P $ y3 S4 Z. ]4 r5 e" S' A \) l- B - ]/ I% T- ` b" @- T; W/ ]中断向量表: 嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller),STM32向量中断统一由NVIC管理， NVIC的核心功能：中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等，外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能 ; T/ A& x# n4 z/ e! W( I ; ^# G3 \8 I2 Z. ^5 R: | ^ ' o! U2 k4 t5 S" O0 G5 y7 Q$ ~( R$ ` DCD表示开辟一个字空间，后边的为函数名称，函数入口地址 + {! E. n$ s/ T7 r$ \) `+ o' ~* W* t & h2 b5 O2 f$ G- \) G1.存储堆栈指针位置：先获取堆栈指针位置，告诉CPU，中间变量存储再SRAM中, 从下图可以看到首先获取堆栈指针，然后就跳转到复位中断函数: R W4 F0 {' O2 n4 r9 w0 k7 p & Y0 z: P9 s' k4 k ; o) I: g$ P" _, ]3 B . i1 x+ z! F, h( t- E6 N1 S* Z D注：按照目录的排列顺序进行检索，并执行目录中地址所指向的函数 ' ?- v n4 v* ~: C7 [7 d! M. H 6 L! d9 Q) }' w; D7 B& f2.复位中断函数入口地址：CPU执行到这里，下一步跳转到复位中断函数 ; r. S" N* R' A9 u中断复位服务函数; H4 I3 @/ y( K3 s- z6 I1 G : f$ l5 S p/ T6 M* v8 A' U" I% s0 Y% v 3.复位中断函数：CPU执行到这，先配置时钟，再跳转到主函数/ R! h) n6 w. w, t. K* } : R& ?. T5 [9 {( ]: \0 ^" ` 5 j9 c0 W8 i$ v1 s- r. c, v % {4 U: d+ Y+ f3 g在调用main函数之前先完成了时钟的初始化，再调用main的 2 ]$ v$ w! j- P' v( v / {7 n- s: U( I# a9 P I4 L; q4.主函数区域：执行主函数，进入while大循环0 h2 \& z1 e# [8 U& c# R% i9 O & h7 C2 \$ p# @9 i: @' W6 h5.其他中断函数入口地址：发生中断后，中断位置自动激发，告诉CPU中断入口地址，CPU去执行中断7 l) D: z4 g) @8 n1 C# a - ^% i: J( ^$ |- T3 o- w所以，在启动文件执行的时候，内核和每个外设的中断服务函数的地址都是已经确定好的，地址就存放在中断向量表中，而且在启动文件里面已经写好了中断服务函数，只是这些中断服务函数为空，而且带[weak]弱定义 " R2 j/ Y- F' E 9 H* `5 r4 P+ Z: g: P O. e& O ( s" B* m8 G+ i! ~$ r- a8 P) Z # W0 l5 {5 A2 z/ V2 W. c那么需要在C文件里面重新实现这个中断服务函数，用户写这个中断服务函数的时候，函数名必须跟启动文件里面写的中断函数名对应，因为函数名对应的就是中断服务函数的地址，如果中断服务函数名和启动文件的名字不一样，就默认启动文件里面预先写好的空的中断服务函数，而且是一个死循环，程序就会一直卡死在中断服务函数里面 - T; M. K9 v3 H) Q. h' w8 u 9 W5 ]( C, a: T( V五、库介绍( p0 d9 z. C4 ^" t# a 1.HAL库：ST官方推崇的新编程库；HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件，可以更好的确保跨STM32产品的最大可移植性。HAL使用了比较大的Flash和SRAM。0 P1 P7 W$ _, g ! L2 r" I* }1 L, M 2.LL库（Low Layer）：ST最近新增的库，与HAL捆绑发布，文档也是和HAL文档在一起的LL库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开HAL库，只用LL库编程完成。在使STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如USB，则会调用HAL库混合使用，和HAL库结合使用。编译后LL库只有HAL库的33%体积。 % O; A/ O9 Q6 @0 s1 C 5 n$ o" P& R# N% @, M3.标准固件库：旧版本编程库；HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了 $ X( M( g& z/ t" [ 1 O3 k6 E3 n7 m( q5 ^4.寄存器编程：原始底层编程。HAL库和标准库就是ST官方对寄存器编程进行人性化封装后的产物 & @2 N3 K& q2 o. D3 \ O: j, Y% A1 w+ Y; U. ^ 六、编译过程3 o% v7 I8 V( X. H5 \! t7 f 9 t1 d$ y$ \7 j# }$ [1 @ & h7 y, T g+ ^: M ' z/ W. h% z" G8 K4 [9 ] , ?* c5 X7 C# s4 v 3 z m, R* D: V) _1.将 .c 文件编译和 .s 文件汇编，生成 .o 目标文件& \6 Y5 x# M" v8 @3 G3 L6 |. l 0 b( s& |& ]5 P( j- i 2.将 .o 对象文件和内存映射规范文件通过连接器生成可执行映像文件。MDK是生成 .axf 可执行文件( \5 N/ N, J- I; Y 6 ^( W" I* ~* H' Z" z. r9 \2 k 3.通过闪存编程器将可执行映像文件下载到芯片的Flash中4 d/ F$ K% a" N" s4 b C# \ 8 Q9 H: S. r: s 6 E( E0 d+ d; b/ [& _ y $ g: D+ o" }( d5 u, S1 `

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STMCU小助手发布时间：2022-7-6 13:35

技术帖
文章封面:
文章简介:	STM32G431介绍

一、芯片简介

$5_3CQ(`{BWGNKK@(LX2P9JC.png$

1.家族
STM32：32代表32位MCU，有32根地址线，可以寻找4GB的地址

STC15单片机是8位CPU，地址以16进制表示:0x_ _ ;
STM32: 0x_ _ _ _ _ _ _ _

容量为 2^32 = 4,294,967,296 ≈ 4×10^9 (其中 1GB = 10^9)
! C; ]# s/ O, J
2.产品类别
G: 支持DSP和FPU指令的可适用信号应用

像正点原子的F4，F：基础型，通用型

3.特点功能
103 : STM32基础型
407：高性能，带DSP和FPU
431: 未知

4.引脚数
R : 64位引脚

5.闪存容量
B: 128K

6.封装
T：QFP封装

二、Cortex-M内核
整个芯片的组成

$`SM78~YSM@_H{4S17R3(@JF.png$

芯片由两大部分组成的：Cortex-M内核（ARM公司设计的部分） + 外设资源（芯片制造商设计的部分）

$2`{H2[2%MDVEA__$PV)2K.png$
W_L_J~TW9I[GO9ID$]P@G5I.png

Cortex-M家族有一系列的处理器，STM32F103内部使用的是Cortex-M3内核，STM32G431内部使用的是Cortex-M4内核，M4比M3多了DSP信号处理和FPU浮点运算单元

M3内核架构简化视图

LTUL}KCORS4KFJJ~9GHTAC8.png

NVIC：向量中断控制器，负责中断控制以及中断处理事务

取指令单元：取指执行，通过总线将程序从程序存储器（128K闪存）取出，交给解码器

解码器：指令解码

ALU: 算术逻辑单元, 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算

自带追踪接口和调试系统

存储逻辑运算的结果放在寄存器组中

$(5~%R%M{7VRTQ4@35`_T@1Q.png$

想要深入学习寄存器组的作用，参考这一篇：M3/M4内核基础
% _& ^! r# i) q. g- j% }+ I
三、芯片内部结构* R% l7 E9 ^! e4 F" O6 I) S$ F
1.外设资源
STM32G4系列控制器参考手册：查看开发板外设的资源和资源的数量

2.内部模块框图
STM32G431RB数据手册：查看外设所对应的时钟总线

GPIO(A-G) : 挂载在AHB2时钟总线上
定时器1，8，15，16，17 ： APB2
定时器2，3，4，I2C: APB1
AHB1分为 APB1和APB2时钟总线

P2_Y}$OP7%4OW6LCA)EV[]N.png

3.时钟树
STM32G4系列微控制器参考手册：查看时钟树

时钟树：

STM32的时钟源主要有：内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟。内部时钟、外部时钟又分为告诉高速、低速时钟

系统时钟有三种来源：高速外部时钟(4-48Mhz)，高速内部时钟(16 Mhz), PLL锁相环倍频输出时钟

PLL锁相环时钟来源有两种HSE和HSI，经过倍频输出

PEV__DZI%(_U1Z)JVQ[SA4N.png

OSC_IN 和OSC_OUT对应PF0,PF1时钟输入引脚

配置时钟：

1.在CubeMX中配置RCC选择外部时钟HSE,对应引脚起作用

$GBIGXF0W207OT{_]$T(S1]B.png$

2.倍频设置

NXFXA_1AFR[4@KF[X3Q1LIU.png

将外部时钟设置为24Mhz，经过三分频变为8Mhz, 经过锁相环乘20除以2，变为80Mhz, 将系统时钟来源选择PLLCLK , 系统时钟就是80Mhz, 再一分频得到AHB总线时钟，最终得到外设时钟。

对应代码

void SystemClock_Config(void)- [: H6 v7 \7 @
{
& b1 T4 C* ^, S: V, j
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};! B+ C7 Z& B) ]0 O2 U' x8 S
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
+ x6 E. H1 N3 v f' U4 E
! v( M: ^9 D. X1 a& W& P1 w
/** Configure the main internal regulator output voltage0 b/ V& `; ^ k- u( |( K7 F
*/
( Z0 _4 j2 N% j; e6 U0 n$ x
HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
# i% ]0 _; T2 Q7 y' K6 m
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
/ h; l/ B% r+ S L* B
*/ j- Y$ G( p1 G3 [3 D
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 选择来源% c& i! C2 r w( P! g0 q3 o
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启时钟0 Y# U$ H; n% n0 Q
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
. m" J7 U) B+ s, `( d( X2 y4 N
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
( w. s/ I% u* Y$ J; S) m. l2 L
// 倍频设置- z0 B; w4 h: t
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
. F7 `" W- I9 U5 ~& w
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
& ^0 C' H$ o" c
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
3 C# h/ u- o) S0 V$ f
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
! b U8 v. w2 X$ L
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;/ s" s0 ^4 g2 h) S- C6 `+ Q- Y
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK). i! b( ^( z" F" ^, L& e
{3 t f% b) l E, }- E) ~3 O
Error_Handler();7 b4 ]" c" S/ t. }+ \& d
}
/ S( z# |* |; o ~+ H! E
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks6 s* t! C7 k) R* f! M, N7 D( ?
*/5 }( T* J7 s5 Z4 X
// 由系统时钟得到对应总线的时钟
/ P2 U% T0 N" [$ w, S: i# I
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
. s) H, P& x% o6 H2 R* y
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
" Q8 B0 p5 F( Y- Y
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
( O2 q+ w' e5 q5 o7 a
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;* m/ O0 C" f g
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
4 {+ u5 J4 s5 `6 P
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
" |8 G+ h/ T, T; u$ x. }
/ I; [ A% {' y
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)% _( W3 b7 M4 s7 O
{$ F) w8 R& B; Q
Error_Handler();
" z( J% I9 I1 [( u
}
* M9 u( c8 T6 G
}

复制代码

在STM32G431内部结构中，各个模块都是通过总线相连接。Cortex-M4内核相当于心脏，最高频率可达170MHz，它通过总线AHB进行数据交换，AHB分为AHB1和AHB2，AHB1又分为APB1和APB2

TI9VB2`N6ZR}N5~H8V43CI2.png

4.存储空间
查看内存映射地址：STM32G4系列微控制器参考手册

SWLXC7~CUMV6FHH5PFFJ2MB.png

内存映射:

内存映射分左、右两侧, 左侧是各个资源地址的大致分化，右侧是对左侧的细化
(1)Flash（闪存）
Flash：程序存储器，存储代码的地方起始地址：0x0800 0000

从地址 0x0800 0000 到 0x0808 0000 ，( 8 0000 )16进制 = ( 524288 )10进制，Flash memory被分配到的空间有 524KB 大小，远大于它本身的 128KB

(2)RAM
RAM: 随机存储器，用于存储数据，起始地址：0x2000 0000

RAM分为：SRAM和DRAM

1.SRAM：静态RAM（S指的static），静态指的不需要刷新电路，数据不会丢失，SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备

2.DRAM：动态RAM（D指的dynamic），动态指的每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据，速度也比SRAM慢，不过它比任何的ROM都要快

(3)外设
外设：APB1、APB2、AHB1、AHB2 起始地址：0x4000 0000

小结：

外设起始地址为 0x4000 0000
SRAM起始地址为 0x2000 0000
Flash起始地址为 0x0800 0000

详细的外设地址（在上一页的下一页）

%CQU9`QZOM$H02LV5(FZ]E0.png

可以依据蓝色字体查看外设对应寄存器分配地址

}4196RPH9KDJBL8EK%K~ZYN.png

四、BOOT启动
STM32上电启动后，程序代码从最底层地址0x0000 0000 开始运行

%9T})K8ETM5]8K0{GOV5BIR.png

前面知道代码存储在 Flash地址0x0800 0000 中，如何让 0x0000 0000 运行的是 0x0800 0000 中的代码？存储器地址重映射: 将 0x0800 0000 中的代码映射到 0x0000 0000 中

映射还可以将SRAM, System memory 等地址映射到0X0000 0000处

E3I`]L{N~}NODEVV)3UQE1E.png

映射方式的选择由BOOT1,BOOT0决定

SPDAW8MQZWS3E[{([EZ)(UQ.png

STM32G431由于BOOT0接地，所以采用的是从flash启动

所以，单片机程序执行顺序

$C{8TQ)ON)G5C~)V3G__RHGW.png$

Q`FJEQIS8H{Z](7I17U58%F.png

中断向量表: 嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller),STM32向量中断统一由NVIC管理， NVIC的核心功能：中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等，外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能

DCD表示开辟一个字空间，后边的为函数名称，函数入口地址

1.存储堆栈指针位置：先获取堆栈指针位置，告诉CPU，中间变量存储再SRAM中, 从下图可以看到首先获取堆栈指针，然后就跳转到复位中断函数

注：按照目录的排列顺序进行检索，并执行目录中地址所指向的函数

2.复位中断函数入口地址：CPU执行到这里，下一步跳转到复位中断函数
中断复位服务函数

3.复位中断函数：CPU执行到这，先配置时钟，再跳转到主函数

$Z]}VE(R{0T2}`5A`E_7P6$E.png$

在调用main函数之前先完成了时钟的初始化，再调用main的

4.主函数区域：执行主函数，进入while大循环

5.其他中断函数入口地址：发生中断后，中断位置自动激发，告诉CPU中断入口地址，CPU去执行中断

所以，在启动文件执行的时候，内核和每个外设的中断服务函数的地址都是已经确定好的，地址就存放在中断向量表中，而且在启动文件里面已经写好了中断服务函数，只是这些中断服务函数为空，而且带[weak]弱定义

ZF}]TVUU9HIL6PUX(_E@]~A.png

那么需要在C文件里面重新实现这个中断服务函数，用户写这个中断服务函数的时候，函数名必须跟启动文件里面写的中断函数名对应，因为函数名对应的就是中断服务函数的地址，如果中断服务函数名和启动文件的名字不一样，就默认启动文件里面预先写好的空的中断服务函数，而且是一个死循环，程序就会一直卡死在中断服务函数里面

五、库介绍
1.HAL库：ST官方推崇的新编程库；HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件，可以更好的确保跨STM32产品的最大可移植性。HAL使用了比较大的Flash和SRAM。

2.LL库（Low Layer）：ST最近新增的库，与HAL捆绑发布，文档也是和HAL文档在一起的LL库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开HAL库，只用LL库编程完成。在使STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如USB，则会调用HAL库混合使用，和HAL库结合使用。编译后LL库只有HAL库的33%体积。

3.标准固件库：旧版本编程库；HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了

4.寄存器编程：原始底层编程。HAL库和标准库就是ST官方对寄存器编程进行人性化封装后的产物

六、编译过程

}~VU@F~0PES@4EWO0EDPN(B.png